[發明專利]一種超分子自組裝的鈾吸附劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202310477425.0
• 申請日: 2023-04-28
• 公開（公告）號: CN116239791A
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 楊良嶸;劉亞鋒;倪善;邢慧芳
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;B01J20/26;B01J20/30;C22B60/02;G21F9/12
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 劉鍇

本發明提供一種超分子自組裝的鈾吸附劑及其制備方法和應用，所述鈾吸附劑的制備原料包括三聚氰胺、三聚氰酸和磷酸三聚氰胺，通過選擇三聚氰胺、三聚氰酸和磷酸三聚氰胺這三種物質進行超分子自組裝，可以使得到的鈾吸附劑具有高吸附量、高吸附速率以及較高的選擇性，并且制備原料價格低廉且制備工藝簡單，適合在海水提鈾中應用。

技術領域

本發明屬于吸附劑技術領域，具體涉及一種超分子自組裝的鈾吸附劑及其制備方法和。

背景技術

核能作為一種低碳排放的清潔能源，是人類應對氣候變化的重要能源選擇。其中，鈾是核能生產中最關鍵的元素，然而，常規儲備的鈾資源將在不到一個世紀的時間內被全球消耗殆盡。此外，從陸地礦石中開采鈾的成本效益較低，并將對環境造成巨大破壞。因此，考慮到當前和未來對鈾資源的需求和環境保護的要求，在過去幾十年中，人們開發了很多方法從海水中捕獲鈾和從廢水中去除鈾。然而，由于鈾的濃度極低以及大量競爭離子的共存，選擇性提取鈾仍然極具挑戰性。

目前，已開發了各種方法從海水中回收鈾或從核廢水中去除鈾。在這些方法中，吸附法由于其操作簡單、應用條件簡單和成本效益高而被廣泛應用，并在鈾分離回收方面取得了巨大進展。目前為止，已經探索了各種新型的鈾吸附材料，包括合成有機聚合物、有機-無機框架、肽水凝膠和其他材料。根據軟硬酸堿理論，鈾酰離子被認為是路易斯硬酸，通常可以與磷酸基團形成強配位鍵，磷酸基團是賦予生物成因材料對鈾吸附能力的主要基團之一。目前，基于磷酸基團的這一特性，已經開發出各種磷酸功能化吸附劑，并對鈾酰離子表現出更快的吸附動力學。然而，它們苛刻的合成反應條件和高昂的成本阻礙了吸附劑的大規模生產和鈾提取應用。

因此，開發一種具有高吸附容量、高選擇性、高吸附速率并且成本低、制備工藝簡單的鈾吸附劑，具有重要意義。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種超分子自組裝的鈾吸附劑及其制備方法和應用，所述鈾吸附劑的制備原料包括三聚氰胺、三聚氰酸和磷酸三聚氰胺，所述鈾吸附劑具有高吸附容量、快速吸附動力學和較高的選擇性的優勢，并且合成原料價格低廉、制備工藝簡單。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種超分子自組裝的鈾吸附劑，所述鈾吸附劑的制備原料包括三聚氰胺、三聚氰酸和磷酸三聚氰胺。

本發明提供的超分子自組裝的鈾吸附劑的制備原料包括三聚氰胺、三聚氰酸和磷酸三聚氰胺；其中，三聚氰胺和三聚氰酸可以通過面內氫鍵作用和面外π-π相互作用自組裝成有機超分子結構，但是上述有機超分子結構缺乏功能性螯合鈾酰離子的活性位點，考慮到磷酸三聚氰胺不僅具有能形成多重氫鍵的三嗪環，還具有功能磷酸基團；進而本發明選擇三聚氰胺、三聚氰酸和磷酸三聚氰胺進行超分子自組裝，形成了磷酸功能化的超分子有機材料，用于選擇性地吸附分離鈾，且具有吸附容量高、吸附動力學速率快和選擇性高的優勢。

優選地，所述三聚氰胺、三聚氰酸和磷酸三聚氰胺的摩爾比為1:(0.5～2):(1～2)。

其中，所述三聚氰胺和三聚氰酸的摩爾比為1:0.6、1:0.7、1:0.8、1:0.9、1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4、1:1.6或1:1.8等。

所述三聚氰胺和磷酸三聚氰胺的摩爾比為1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4、1:1.5、1:1.6、1:1.7、1:1.8、1:1.9或1:2.0等。

第二方面，本發明提供一種如第一方面所述鈾吸附劑的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

(1)將三聚氰胺和磷酸三聚氰胺溶解在有機溶劑中，得到混合溶液；將三聚氰酸溶解在有機溶劑中，得到三聚氰酸溶液；

(2)將步驟(1)得到的混合溶液和三聚氰酸溶液進行反應，得到所述鈾吸附劑。

優選地，步驟(1)所述有機溶劑包括二甲基亞砜。